3B SCIENTIFIC PHYSICS

Transcripción

1 3B SCIENTIFIC PHYSICS (115 V, 50/60 Hz) (30 V, 50/60 Hz) Sistema giratri sbre cjín neumátic Instruccines de us 09/15 ALF 1 Generadr de crriente de aire Disc de nivelación 3 Masas adicinales 4 Tub sprte, larg 5 Varilla transversal de haltera 6 Unidad de Marcha/Parada 1. Advertencias de seguridad El sistema giratri sbre cjín neumátic es un sistema de aparats de alta sensibilidad. Prteja el disc giratri y el sprte giratri cntra dañs mecánics. Prteja en sistema de aparats cntra cntaminacines, plv y líquids. Al utilizar un sensr de refexión de laser de deben tener en cuenta las prescripcines referentes al us de un laser. Nunca se debe mirar directamente en el ray del Láser. 7 Unidad de sprte giratri 7 Unidad de sprte giratri 8 Disc giratri 9 Garnrlle 10 Ganchs en S 11 Plea de desviación. Descripción El sistema giratri sbre cjín neumátic es un sistema de aparats para el estudi de mvimients de rtación libres de fricción sbre l sbre ls siguientes temas: Mvimients de rtación unifrme y unifrmemente acelerad Ecuacines de mviment de Newtn para el mvimient de rtación Mment de inercia y par de fuerzas El sistema de aparats es aprpiad tant para la demstrar claramente y estudiar detalladamente las leyes físicas de la cinemática y la dinámica del mvimient de rtación, pr medi de 1

2 experiments de alumns y en labratris de prácticas. Un disc giratri pequeñ lleva una varilla transversal (varilla de haltera) para el sprte de masas. El disc giratri se encuentra sbre un cjín de neumátic y permite así mvimients de rtación, casi libres de fricción, pasand el eje de rtación pr medi de una unidad de centrad prevista. Usand una plea escalnada, una de desviación y una cuerda se transmite cm fuerza el pes de la masa de accinamient enganchada. Gracias a la fricción tan reducida, bastan pares de fuerza mínims para generar un mvimient de rtación así que la influencia de la inercia de la masa que acelera está pr debaj del un pr mil, también en ls cass de mments de inercia mínims del sistema. Además mvimients de rtación que se extiendan pr más de varis segunds se pueden estudiar cuantitativamente sól cn la vista y cn un crnómetr de man. Para medicines más precisas se recmienda el emple de un cntadr digital, el cual se pne en marcha pr la unidad de Marcha/Parada la que al pas pr cer se deja detener pr medi de la señal de un sensr de reflexión de Láser. El generadr de crriente de aire del sistema sbre cjín neumátic está diseñad para una tensión de red de 115 V (±10 %); el del sistema de aparats crrespndientemente para 30 V (±10 %). Experiments para el estudi de scilacines angulares y de mvimients de rtación ambs, cn fricción reducida, se hacen psibles cn el jueg de aparats adicinal del sistema giratri sbre cjín neumátic Vlumen de entrega 1 Unidad de sprte giratri 1 Disc giratri cn varilla transversal de haltera 1 Plea escalnada 1 Unidad de Marcha/Parada 3 Ganchs en S (x 1 g, 1x g) 1 Masas adicinales (x 1,5 g, x 5 g, x 50 g) 1 Generadr de crriente de aire cn fuente de alimentación enchufable 1 Manguera de silicna cn llave 1 Plea de desviación 1 Tub sprte, larg 1 Tub sprte, crt 1 Varilla sprte 1 Disc de nivelación 1 Carrete de hil de cser 4. Dats técnics Escala angular: Divisines de escala: 1 Lngitud de la varilla transversal: aprx. 440 mm Radis de la retícula de huecs: mm Pass de la retícula de huecs: 0 mm Radis de la plea escalnada: 5 / 10 / 15 mm Mment de inercia del disc giratri cn la varilla transversal: aprx. 0,9 g m Mment de inercia max.: aprx. 7,1 g m Par de fuerzas de accinamient min.: Par de fuerzas de accinamient max: 5. Fundaments generales aprx. 0,05 mn m aprx. 0,60 mn m En analgía cn las ecuacines de Newtn para el mvimient de translación se establece: Un cuerp rígid cn un mment de inercia J, clcad en tal frma que pueda girar, experimenta una aceleración angular cuand el par de fuerzas M actúa sbre él, se tiene la relación: (1) M J. Si sbre el cuerp rígid actúa un par de fuerzas cnstante, éste realiza un mvimient de rtación cn aceleración angular cnstante. En el tiemp t el cuerp rta un ángul igual: () 1 t. A partir de esta relación se btiene la aceleración angular (3) y t (4) cn = 90 t El par de fuerzas M se rigina pr la fuerza riginada pr el pes de la masa mm, que actúa sbre el cuerp a una distancia rm del eje de rtación. (5) M r m g M M g = 9.81 m/s : Aceleración de caída libre Se fijan adicinalmente ds masas mj en la vari lla de haltera a una distancia fija rj cn respect al eje de rtación, el mment de inercia del sistema se aumenta de acuerd cn: (6) J J 0 m J r J J: Mment de inercia sin las masas adicinales

3 6. Manej 6.1 Mntaje (ver Figs. 1 y ) Se cnecta y se fija la varilla sprte (h) cn el tub sprte (f). La unidad de sprte giratri (j) se mnta sbre el tub sprte (f) y se aprieta el trnill de enclavamient. Se mnta la plea de desviación (n) en el tub sprte (f) y se fija cn el trnill de enclavamient. Se clca la unidad de Marcha/Parada sbre el tub sprte (e), se fija y se desplaza s bre la varilla sprte (h). Antes de iniciar el experiment se debe rientar el sistema giratri y también antes de pder cntinuar cn el mntaje siguiente. Se clca el disc de nivelación en la depresión rednda de la unidad de sprte giratri. Se fija la manguera del cmpresr en el empalme de manguera (k). Se cnecta al cmpresr a la red y se pne en marcha. Cn ls trnills de ajuste (g y m) es psible realizar una crrección de la inclinación en ds plans (ver Fig. 3). La crrección de la psición es suficiente cuand el disc de nivelación bamblea unifrmemente sbre la superficie del sprte giratri. El disc giratri (i) junt cn la varilla de haltera y la plea escalnada se clca sbre la unidad de sprte giratri (j). Se desliza la unidad de Marcha/Parada hacia el disc giratri y se fija cn un trnill de enclavamient. La gmaespuma del índice (a) debe rzar muy levemente el brde del disc giratri. Fig. Mntaje del sistema giratri: (f) Tub sprte, (g) Trnill de ajuste, (h) Varilla sprte, (i) Disc giratri, (j) Unidad de sprte giratri, (k) Empalme de manguera, (l) Varilla de haltera cn plea escalnada y masas adicinales, (m) Trni ll de ajuste, (n) Plea de desviación Fig. 3 Orientación del sistema giratri 6. Regulación de la entrada de aire El caudal de aire se regula sól cn la llave (p). Fig. 1 Mntaje de la unidad Marcha/Parada: (a) Índice, (b) Palanca de liberación, (c) Casquills para el arranque, (d) Cnsla para el sensr de reflexión de Láser, (e) Tub sprte Fig. 4 Entrada de aire: () Generadr de crriente de aire, (p) Llave, (q) Manguera 3

4 7. Ejempls de experimentación Para la medición de ls tiemps se recmiendan ls siguientes aparats: 1 Crnómetr mecánic Sensr de reflexión de Láser y 1 Cntadr V Cntadr V Mvimient de rtación unifrmemente acelerad Elabración de un diagrama Ángul de rtación - Tiemp Plea escalnada rm = 10 mm Masa adicinal mj = 5 g; Distancia rj = 170 mm Ángul de rtación = 10, 40, 90, 160, 50 Deslizar las masas adicinales sbre la varilla de haltera a la misma distancia a un y tr lad del eje de rtación. Se fija el hil de cser en la espiga metálica del disc giratri y se enrlla unas 5 ó 6 veces en un disc escalón de la plea escalnada. El tr extrem del hil se hace pasar sbre la plea de desviación y se hija cn un nud un de ls ganchs en S. El ganch en S se cuelga que quede más allá del brde de la mesa. Se gira el disc giratri a la psición angular deseada y se enclava cn el índice. Se pne en marcha el cmpresr. Se presina hacia abaj la palanca para ini ciar el mvimient de rtación. Al mism tiemp se pne en marcha la medición del tiemp cn el crnómetr. Al pas pr cer (Marca cer de la psición del índice) se detiene la medición del tiemp: Se lee y se anta el tiemp medid. Se determinan ls tiemps para diferentes ánguls de rtación y se elabra un diagrama t-. Cn ls parámetrs recmendads se btienen ls siguientes tiemps: s 4 s 6 s 8 10 s 7. Aceleración angular en dependencia cn el par de fuerzas 7..1 Aceleración angular en dependencia cn la masa de aceleración Ángul de rtación =90 Masa adicinal mj = 50 g; Distancia r J = 10 mm Plea escalnada rm = 10 mm Masas de aceleración mm = 1 g, g, 3 g, 4 g ángul de rtación cn diferentes masas de accinamient mm y se calcula la crrespndiente aceleración angular. Representar la dependencia de la aceleración angular cn la masa de aceleración en un diagrama mm Aceleración angular en dependencia cn el radi de la plea escalnada. Ángul de rtación = 90 Masa adicinal mj = 50 g; Distancia rj = 10 mm Radi de la plea escalnada rm = 5 mm, 10 mm, 15 mm ángul de rtación cn diferentes radis de la plea escalnada rm y se calcula la crres pndiente aceleración angular. Se representa en un diagrama rm- la dependencia de la aceleración angular cn el radi de la plea rm. 7.3 Aceleración angular en dependencia cn el mment de inercia Mment de inercia en dependencia cn la las masas adicinales Ángul = 90 Radi de la plea escalnada rm = 10 mm Masas adicinales mj = 0 g, 1,5 g, 5 g, 50 g Distancia rj = 10 mm ángul de rtación cn diferentes masas 4

5 adicinales cn la misma distancia rj y se calcula el crrespndiente mment de inercia J. Se representa la en un diagrama mj-j la dependencia del mment de inercia J cn la masa adicinal mj Mment de inercia en dependencia cn la distancia de las masas adicinales cn respect al eje de rtación Ángul de rtación = 90 Radi del escalón de la plea rm = 10 mm Masa adicinal mj = 50 g Distancia rj = 30 mm, 50 mm, 70 mm, 10 mm ángul de rtación cn diferentes distancias rj de las masa adicinales y se calcula el crres pndiente mment de inercia J. Se representa en un diagrama rj -J la dependencia del mment de inercia J cn la dis tancia rj de las masas adicinales. 7.4 Medición de tiemps cn el cntadr digital y el sensr de reflexión de Láser Cn la unidad de Marcha/Parada y el sensr de reflexión de Láser es psible realizar medicines exactas cn un segment angular definid (ver Fig. 1). Accinand la palanca (8) se realiza el desblque mecánic del disc giratri y al mism tiemp se abre un cntact de mand entre ls casquills (6) iniciand así la medición del tiemp. El sensr de reflexión de Láser hace psible detención del prces de medición de tiemps sin cntact direct y libre de retard. Advertencia: Nunca se debe mirar directamente en el ray de Láser! Se clca el sensr de reflexión de Láser sbre la cnsla de la unidad de Marcha/Parada (fijación magnética). La unidad de Marcha/Parada se cnecta cn la entrada Start del sensr de reflexión de Láser y cn la entrada Stp del cntadr. El sensr de reflexión de Láser se desplaza de tal frma que la luz pase pr el rifici 0. (Observación: El rifici se tapa cn una banda de papel. La luz del Láser se puede bservar bien a través del papel.) El disc giratri se gira a la psición angular deseada y se enclava cn índice, estand la psición de la palanca hacia arriba. En este cas el índice el índice rza muy levemente el brde del disc giratri. Se presina la palanca hacia abaj de tal frma que se disparen al mism tiemp el mvimient de rtación y la medición del tiemp. La medición del tiemp se detiene cuand la luz del Láser incide sbre la psición 0 sbre una marca en la parte inferir del disc giratri grande (del jueg de aparats adicinal). 8. Desech El embalaje se desecha en ls lugares lcales para reciclaje. En cas de que el prpi aparat se deba desechar cm chatarra, n se debe depner entre ls desechs dméstics nrmales. Se deben cumplir las prescripcines lcales para el desech de chatarra eléctrica. Nunca deseche las baterías descargadas en ls basuras dmésticas. Siga siempre las prescripcines legales del lugar de trabaj (D: BattG; EU: 006/66/EG). 3B Scientific GmbH Rudrffweg Hamburg Alemania Se reservan las mdificacines técnicas Cpyright 015 3B Scientific GmbH